[发明专利]一种MEMS多轴振动传感器结构

说明书

本发明属于MEMS传感器领域，涉及一种MEMS多轴振动传感器结构，包括交叉布置的X轴结构及Y轴结构；所述X轴结构与Y轴结构均由两个相对布置的传感单体对称布置组成；所述X轴结构与所述Y轴结构的四个所述传感单体均连接在布置在整体MEMS多轴振动传感器结构中心的中心TSV上；所述传感单体包括可动质量块、悬臂、弹簧；所述可动质量块通过弹簧固定在悬臂上且所述质量块与所述悬臂之间电隔离；所述悬臂固定在中心TSV上；所述可动质量块上布置有可动电极，悬臂上布置有固定电极，可动电极与固定电机组成感应电容。X、Y轴质量块是对称双电极结构，当环境温度发生变化的时候，正负电极产生大致相同符号相反的电容变化，提高传感器的环境适应性。

技术领域

本发明属于MEMS传感器领域，涉及一种MEMS多轴振动传感器结构。

背景技术

常用的压电式加速度传感器，质量块与压电原件均直接通过弹簧系统安装在支柱上，支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率，但当基座与测试对象连接时，如果基座有变形则将直接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。

当前技术存在体积大、只能测量单轴的缺陷，其结构容易受到环境、温度等因素的影响，温度漂移过大，其振动量值线性度较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MEMS多轴振动传感器结构，输出密封在同一密封腔中分别独立的多轴信号。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MEMS多轴振动传感器结构，包括交叉布置的X轴结构及Y轴结构；所述X轴结构与Y轴结构均由两个相对布置的传感单体对称布置组成；所述X轴结构与所述Y轴结构的四个所述传感单体均连接在布置在整体MEMS多轴振动传感器结构中心的中心TSV上；所述传感单体包括可动质量块、悬臂、弹簧；所述可动质量块通过弹簧固定在悬臂上且所述质量块与所述悬臂之间电隔离；所述悬臂固定在中心TSV上；所述可动质量块上布置有可动电极，悬臂上布置有固定电极，可动电极与固定电机组成感应电容。

可选的，所述固定电极包括分设在悬臂两侧的+固定电极与-固定电极。

可选的，所述可动电极包括分设在悬臂两侧的+可动电极与-可动电极。

可选的，所述质量块通过锚点固定在TSV上与悬臂相连；信号通过TSV从密封腔引出。

可选的，所述质量块通过分设在所述悬臂两侧的+锚点与-锚点与悬臂相连；+锚点固定在+TSV上、-锚点固定在-TSV上，信号分别独立引出；悬臂由+悬臂与-悬臂组成，+锚点设置在+悬臂上、-锚点设置在-悬臂上。

可选的，+TSV与+悬臂通过柔软导电的+软弹簧相连、-TSV与-悬臂通过柔软导电的-软弹簧相连。

可选的，悬臂通过MEMS中心锚点固定在中心TSV上。

可选的，还包括Z轴结构，所述Z轴可动质量块对称分布与Z轴弹簧两侧且转动设置；Z轴可动质量块通过Z轴固定电极连接至中心TSV。

可选的，信号由Z轴固定电极直接引出。

可选的，所述中心TSV上直接加工形成Z轴固定电极。

本发明的有益效果在于：

本发明的结构特殊之处在于，X、Y轴质量块是对称双电极结构，当环境温度发生变化的时候，正负电极产生大致相同符号相反的电容变化，提高传感器的环境适应性。本发明将X、Y、Z三个轴的结构固定在同一中心TSV上，由产品使用过程中温度变化引起的机械应力小、性能好，对封装应力不敏感，成本低。其可动质量块及与之相连的可动电极通过弹簧固定在锚点上，将正负电极的锚点距离缩小，优化应力对消结构等能改进减小温度和应力对标度因数和零偏的影响。